JP2017075800A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】芯線におけるショートを抑制することができる温度センサを提供すること。【解決手段】温度センサ１は、その先端側を覆うように金属製のプロテクタ５が取り付けられている。このプロテクタ５は、感温素子１３と（感温素子１３と先端ガラス部６５との間の）シース芯線１５と先端ガラス部６５の先端面７１とを覆うと共に、その覆った部分の空間７３と外部と連通する連通孔７４を有している。このオープンタイプの温度センサ）１では、先端ガラス部６５の先端面７１の表面粗さＲａは、プロテクタ５の内周面７５の表面粗さＲａよりも小さい。先端ガラス部６５の先端面７１にすすが付着しにくいので、シース芯線１５がショートし難い。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば車両用のエンジンや設置式の汎用エンジン等の排ガスなどの温度を検知する温度センサに関する。

例えばエンジンの排ガス等の温度を検知する温度センサとして、感温素子と、シース部材と、チューブとを備える構成の温度センサが知られている（特許文献１参照）。
この温度センサにおいては、感温素子とシース部材の芯線とが電気的に接続されるとともに、感温素子と芯線とシース部材とがチューブによって覆われている。

このうち、感温素子としては、温度によって電気的特性（電気抵抗値）が変化する金属抵抗体（例えば白金抵抗体）を備える素子や、温度によって電気的特性（電気抵抗値）が変化する導電性酸化物焼結体を備えるサーミスタ素子などがある。

シース部材は、感温素子と電気的に接続される芯線と、芯線の周囲を覆う絶縁部材と、絶縁部材を覆う筒状に形成された金属製の外皮部材と、を備える。この外皮部材は、筒状に形成されると共に、長手方向における両端部がそれぞれ開口している。つまり、絶縁部材は、外皮部材の両端部にて露出している。

チューブは、感温素子と芯線とシース部材とを収容する金属製の円筒形状の部材であり、その先端側は、感温素子や芯線等が露出しないように閉塞されている。
また、このような構造の温度センサ（即ちクローズタイプの温度センサ）とは別に、例えば排ガスの温度を応答良く検出する等のために、チューブの先端側を外部に開放して、感温素子が排ガスに直接に晒されるようにしたオープンタイプの温度センサが知られている。

このようなオープンタイプの温度センサでは、感温素子などが外部に露出しているので、感温素子等を排ガス中の塵などから保護するために、通常、温度センサの先端に、多数の開口部（連通孔）が開けられた金属製のプロテクタが取り付けられている。

特開２００６−２３４６３２号公報

しかしながら、近年では、例えばエンジンのダウンサイズ化などにより、温度センサがより高温（例えば８５０℃以上）で使用（常用）されることがあり、従来のオープンタイプの温度センサでは不具合が生じる恐れがあった。

例えば、高温の排ガスにはすすが多く含まれることがあるが、上述した連通孔を有するプロテクタを取り付けた温度センサでは、感温素子やシース部材の先端側は排ガス等の外気に晒されているので、排ガス中のすすがシース部材の先端側の端面（即ち芯線が突出するシース端面）に堆積することがあった。

そのため、芯線間の抵抗値が小さくなって（即ちショートが発生して）、温度センサの測定精度が低下する恐れがあった。
そこで、本発明は、芯線におけるショートを抑制することができる温度センサを提供することを目的とする。

（１）本発明の第１局面の温度センサは、シース部材とプロテクタとを備えている。
このシース部材は、長手方向の先端側に配置されて、温度に応じて電気的特性が変化する感温素子と、長手方向に延びると共に、感温素子と電気的に接続される少なくとも１本の電極線と、電極線の径方向を覆う電気絶縁性を有する絶縁部材と、長手方向の少なくとも一部において絶縁部材の径方向を覆うと共に、長手方向の先端側が開口した金属製の外皮部材とを有する。

また、プロテクタは、感温素子と、感温素子と絶縁部材との間の電極線と、絶縁部材の先端面（絶縁部材の先端側の端面）と、を覆うと共に、当該覆った部分の空間と外部と連通する連通孔を有する金属製の部材である。

さらに、この温度センサ（即ち外気が前記空間内に導入されるいわゆる先端側が開放されたオープンタイプの温度センサ）では、絶縁部材の先端面の表面粗さＲａは、プロテクタの内周面の表面粗さＲａよりも小さい。

従って、温度の測定対象である排ガス等の雰囲気中に多くのすすが含まれている場合（例えば温度センサが高温の環境（例えば８５０℃以上）で使用された場合）でも、すすは、表面粗さＲａの大きなプロタクタの内周面に捕集され易く、表面粗さＲａの小さな絶縁部材の先端面には付着し難い（従って堆積し難い）。

また、温度センサが高温の環境（例えば８５０℃以上）で使用された場合でも、プロテクタの内周面等から蒸発した金属成分（詳しくは酸化物となった導電性を有する金属酸化物）は、表面粗さＲａの大きなプロテクタの内周面に捕集され易く、表面粗さＲａの小さな絶縁部材の先端面には付着し難い（従って堆積し難い）。

そのため、電極線と他の電極線やプロテクタ等との間の電気絶縁性が高いので、電極線がショートし難い。よって、温度センサの測定精度が低下し難いので、耐久性が向上するという効果がある。

ここで、表面粗さＲａとは、算術平均粗さＲａである（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３参照）。
なお、プロテクタの内周面の表面粗さＲａと絶縁部材の先端面の表面粗さＲａとの大小は、カットオフ値λｃを同じにする等のように、同様な測定方法で測定した値（表面粗さＲａ）で比較することができる。例えば、基準長さを０．２５ｍｍとし、カットオフ値λｃを０．２５ｍｍとしてもよい。

なお、プロテクタの内周面の表面粗さＲａとしては、１１〜１６μｍの範囲が挙げられ、絶縁部材の先端面の表面粗さＲａとしては、４〜１５μｍの範囲が挙げられる。
また、外皮部材やプロテクタを構成する金属としては、各種の金属単体や合金が挙げられる。例えば８５０℃以上で使用されても劣化し難い耐熱性が高い金属が望ましく、例えばＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス合金などが挙げられる。

なお、電極線としては、複数の導電線を溶接等によって接続して１本の電極線として用いてもよい（例えば感温素子から延びる引き出しリード線とシース芯線とを接合してもよい）。

また、絶縁部材の電気絶縁性を示す絶縁抵抗値としては、９００℃において０．０１ＭΩ〜１０００ＭΩの範囲が挙げられる。
（２）本発明の第２局面の温度センサでは、絶縁部材の先端面を含む先端部分は、ガラスを主体にしたガラス部である。

絶縁部材の先端側は電気絶縁性を有するガラス部にて構成されており、このガラス部の先端面の表面粗さＲａは、プロテクタの内周面の表面粗さＲａより小さい。よって、ガラス部の表面（先端面）にすす等が付着しにくいので、電極線がショートし難いという効果がある。

また、ガラスは水分を透過させにくいので、ガラス部で絶縁部材の先端側を覆うことで、絶縁部材の内部への水分の侵入を抑制できる。
ここで、「ガラスを主体とした」とは、ガラス部を構成する材料の中でガラスが最も多く含まれていること（例えば質量％が最大であること）を意味する。このガラスとしては、後述するように、例えばアルミノケイ酸塩ガラスなどの各種のガラス（使用温度で軟化しないガラス）を採用できる。

なお、ガラス部の先端側の先端面の表面粗さＲａとしては、４〜８μｍの範囲が挙げられる。
（３）本発明の第３局面の温度センサでは、絶縁部材を構成する部材として、ガラス部の後端側に絶縁体を有すると共に、ガラス部の電気絶縁性（絶縁抵抗値）が絶縁体の電気絶縁性（絶縁抵抗値）より高い。

これにより、絶縁部材の先端面の電気絶縁性が向上するので、先端面におけるショートがより発生し難くなる。
このように、絶縁部材の構成としては、先端側に配置されたガラス部と後端側に配置された絶縁体（即ちガラス部とは異なる絶縁体）からなる構成を採用できる。この絶縁体の材料としては、後述するように、電気絶縁性を有するマグネシア（ＭｇＯ）等を採用できる。

なお、ガラス部の絶縁抵抗値としては、９００℃において０．０１ＭΩ〜１００００ＭΩの範囲が挙げられる。絶縁体の絶縁抵抗値としては、９００℃において０．０１ＭΩ〜１０００ＭΩの範囲が挙げられる。

また、これとは別に、絶縁部材の全体をガラス部とは異なる絶縁体から構成してもよく、この場合には、絶縁部材の先端面には、絶縁体が露出する。この絶縁体の先端側の先端面の表面粗さＲａとしては、４〜１５μｍの範囲が挙げられる。

（４）本発明の第４局面の温度センサでは、絶縁部材の先端面は、先端側に凸となっている。
これにより、先端面が平坦である場合に比べて、電極線と他の電極線又はキャップとの間の沿面距離が大きくなるので、電極線のショートを抑制できる。

（５）本発明の第５局面の温度センサでは、絶縁部材の先端面は、先端面自身の表面粗さＲａより粗さの程度が大きなうねりを有している。
つまり、絶縁部材の先端面は、その表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａより、算術平均うねりＷａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３参照）が大きいうねりを有している（同じカットオフ値λｃとした場合）。

これにより、先端面がうねりの無い平坦である場合に比べて、電極線と他の電極線又はプロテクタとの間の沿面距離が大きくなるので、電極線のショートを抑制できる。
このうねりとしては、基準長さを０．２５ｍｍ、カットオフ値λcを０．２５ｍｍとした場合の算術平均うねりＷａが挙げられる。

なお、表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａやうねり（算術平均うねり）Ｗａを測定する方法としては、周知の方法を採用できる（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３参照）。例えば実表面での断面曲線を求め、その断面曲線に対してカットオフ値λｃの高域フィルタを用いて粗さ曲線を求め、この粗さ曲線から表面粗さＲａ（算術平均粗さＲａ）を求めることができる。また、断面曲線に対してカットオフ値λｃ〜λｆを通過域とする帯域通過フィルタを用いてうねり曲線を求め、このうねり曲線からうねり（算術平均うねりＷａ）を求めることができる。

ここで、表面粗さＲａやうねりＷａを測定する箇所は、１箇所でもよいが、複数の箇所（例えば８箇所以上）を測定してその平均値を求めることが好ましい。

第１実施形態の温度センサの構造を示す部分破断断面図である。 （ａ）は第１実施形態の温度センサの先端側を拡大して示す平面図、（ｂ）はその温度センサの先端側を破断し拡大して示す拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）はシース部材のシース芯線が接続された状態の感温素子の外観を表す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 第２実施形態の温度センサの先端側の一部を破断し拡大して示す拡大断面図である。 （ａ）は第３実施形態の温度センサの先端側を拡大して示す平面図、（ｂ）はその温度センサを先端側から見た状態を示す説明図である。 （ａ）は第４実施形態の温度センサの先端側の一部を破断し拡大して示す平面図、（ｂ）はその温度センサを先端側から見た状態を示す説明図である。 第４実施形態の変形例の温度センサの先端側の一部を破断し拡大して示す平面図である。 （ａ）は第５実施形態の温度センサの先端側の一部を破断し拡大して模式的に示す拡大断面図、（ｂ）は第６実施形態の温度センサの先端側の一部を破断し拡大して模式的に示す拡大断面図、（ｃ）は第７実施形態の温度センサの先端側の一部を破断し拡大して模式的に示す拡大断面図である。 シース端面における金属酸化物の堆積による影響（抵抗値の変化）を示すグラフである。 （ａ）は他の実施形態の温度センサの先端側の一部を破断し拡大して示す拡大断面図、（ｂ）は更に他の実施形態の温度センサの先端側の一部を示す斜視図である。 （ａ）は他の実施形態の温度センサの先端側の一部を破断し拡大して示す拡大断面図、（ｂ）は更に他の実施形態の温度センサの先端側の一部を破断し拡大して示す拡大断面図である。

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
第１実施形態として、自動車などの内燃機関の排ガス温度検出に用いられる温度センサ１について説明する。

図１に示すように、温度センサ１は、軸線方向に長い形状を有するセンサであり、例えば、内燃機関の排気管などの流通管に装着され、自身の先端側が測定対象ガス（排ガス）が流れる流通管内に配置されることにより、測定対象ガスの温度を検出する。

なお、軸線方向とは、温度センサ１の長手方向であり、図１においては図の上下方向に相当する。また、軸線方向に対する垂直方向が径方向である。さらに、温度センサ１における先端側は図１における下側であり、後端側は図１における上側である。

この温度センサ１は、その先端側が開放されたオープンタイプの温度センサ１であり、シース部材３と、チューブ４と、プロテクタ５と、取付部材７と、ナット部材９と、外筒１１と、感温素子１３と、を備えている。

図２に示すように、シース部材３は、一対のシース芯線（電極線）１５と、一対のシース芯線１５の両端部分を除いた外周側（即ち径方向の外側）を覆う絶縁部材１７と、絶縁部材１７の外周側の全体を覆う金属製の外皮部材１９と、を備える。なお、シース部材３の詳細については後述する。

チューブ４は、外皮部材１９に外嵌しており、外皮部材１９の外周側の一部（外周の先端側）を囲むと共に、外皮部材１９より先端側に突出している。このチューブ４は、耐腐食性金属（例えば、耐熱性金属でもあるＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス合金）で形成された金属カバーであり、軸線方向に延びてその両端が開口した筒状（円筒形状）をなしている。

プロテクタ５は、チューブ４に外嵌しており、チューブ４の外周側の一部（先端側）を囲むと共に、チューブ４の先端側（従って温度センサ１の先端側）を覆っている。
このプロテクタ５は、耐腐食性金属（例えば、耐熱性金属でもあるＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス合金）で形成されたチューブ形状のキャップである。また、プロテクタ５には、排ガスの流通が可能なように、プロテクタ５の内部と外部とを連通する複数の連通孔２１が形成されている。なお、プロテクタ５の詳細については後述する。

取付部材７は、図１に示すように、径方向外側に突出する突出部３１と、突出部３１の後端側に位置すると共に軸線方向に延びる後端側鞘部３３と、を有している。取付部材７は、チューブ４の後端側の外周面を取り囲み、チューブ４と溶接されることで、当該チューブ４を保持する。突出部３１は、先端側の当接面３１ａで温度センサ１の設置位置に当接する。

ナット部材９は、六角ナット部３５およびネジ部３７を有する。外筒１１は、取付部材７の後端側に嵌め合わされている。
感温素子１３は、温度によって電気的特性（電気抵抗値）が変化する。なお、この感温素子１３は、例えば温度上昇に伴い電気抵抗値が上昇する特性（正特性）を有する。

詳しくは、図３に示すように、この感温素子１３は、アルミナ純度９９．５〜９９．９％のセラミックス基体４１と、セラミックス基体４１の表面に所定のパターン形状（本第１実施形態ではミアンダ形状）に形成される金属抵抗体４３と、金属抵抗体４３のうちセラミックス基体４１と接する面とは反対側の面において金属抵抗体４３を被覆するアルミナ純度９９．５〜９９．９％のセラミックス被覆層４５と、を有している。

金属抵抗体４３は、白金（Ｐｔ）を主体に構成された白金抵抗体であり、この金属抵抗体４３は、温度変化に応じて電気抵抗値が変化する。
セラミックス被覆層４５は、セラミックスのグリーンシートを予め焼成することで得られた焼成済みのシートであり、接合層４７により焼成済みのセラミックス基体４１の先端側（図３における左側）に接合されて、金属抵抗体４３の先端側を覆う状態で備えられている。

なお、接合層４７についても、アルミナ純度９９．５〜９９．９％で構成されている。なお、この接合層４７は、接合前はアルミナ粉末を含むペーストであり、焼成済みのセラミックス基体４１とセラミックス被覆層４５とを上記ペーストで貼り合わせた後、熱処理されることで、最終的に接合層４７となる。

そして、金属抵抗体４３のうち後端側（図３における右側）は、セラミックス被覆層４５によって被覆される導体パターンより幅広に形成された電極パッド４９を介してシース部材３のシース芯線１５と電気的に接続される。このとき、電極パッド４９とシース芯線１５とは、抵抗溶接やレーザ溶接などの溶接により溶接点５１で電気的に接続される。

このあと、感温素子１３とシース芯線１５との接続部分が芯線固定材５３により覆われることにより、感温素子１３とシース芯線１５とが強固に接続される。芯線固定材５３は、アルミノケイ酸塩ガラスを主体とするガラス材料で構成されている。

このように構成された感温素子１３は、シース芯線１５を介して外部機器などと電気的に接続される。
そして、この温度センサ１は、例えば、排気管に設けられたセンサ取付部にネジ部３７が螺合固定されて、自身の先端が排気管の内部に配置されることで、測定対象ガスの温度を検出する。

なお、本第１実施形態では、測定対象ガスである排気ガスの温度は例えば８５０℃以上であるが、それ以下の温度でも使用可能である。
［１−２．シース部材］
次に、シース部材３の詳細について説明する。

上述のように、シース部材３は、一対のシース芯線１５と、絶縁部材１７と、外皮部材１９と、を備える（図１参照）。
シース芯線１５は、Ａｌを含有するＮｉ基合金で形成されており、その先端部がレーザ溶接によって感温素子１３と接続され、後端部が抵抗溶接により加締め端子６１と接続されている。これにより、シース芯線１５は、自身の後端側が加締め端子６１を介して外部回路（例えば、車両の電子制御装置（ＥＣＵ）等）接続用の外部リード線６３と接続されている。

なお、一対のシース芯線１５および一対の加締め端子６１は、絶縁チューブ６４により互いに絶縁される。外部リード線６３は、導線を絶縁性の被覆材にて被覆され耐熱ゴム製のグロメット６６の内部を貫通する状態で配置される。

図２に示すように、絶縁部材１７は、電気絶縁性を有する部材であり、先端側のガラス部（以下先端ガラス部と称することもある）６５と後端側のガラス部６７（図１参照）と両ガラス部６５、６７の間に配置された絶縁体６９とから構成されている。

このうち、絶縁体６９は、外皮部材１９内に充填されており、外皮部材１９と２本のシース芯線１５との間を電気的に絶縁してシース芯線１５を保持するように、マグネシア（ＭｇＯ）からなる電気絶縁材料で形成されている。

先端ガラス部６５は、絶縁体６９の先端側の端面を覆うように配置されている円盤形状の部材である。この先端ガラス部６５は、例えば、アルミノケイ酸塩ガラスで形成されており、水分を透過しないように緻密に形成されている。

なお、先端ガラス部６５を、アルミノケイ酸塩ガラスを主体（例えば５０質量％）とするガラス材料で形成してもよく、この場合には、ガラス以外に例えばアルミナが含まれている。

一方、後端側のガラス部６７は、絶縁体６９の後端側の端面を覆うように配置されている円盤形状の部材である。なお、この後端側のガラス部６７も、先端ガラス部６５と同様な材料から同様に構成されている。

ここで、電気絶縁性を有する両ガラス部６５、６７及び絶縁体６９については、両ガラス部６５、６７の電気絶縁性（絶縁抵抗値）は、絶縁体６９の電気絶縁性（絶縁抵抗値）より高い。

外皮部材１９は、Ａｌを含有するＮｉ基合金で形成されており、絶縁体６９の周囲を覆う筒状に形成されている。
なお、上述したガラス部６５、６７を形成する場合には、シース芯線１５が貫挿された絶縁体６９の端面に凹状の谷部を形成し、その谷部にガラスを流し込んでガラス部６５、６７を形成すればよい。

［１−３．温度センサの先端側の構成］
次に、温度センサ１の先端側に構成について説明する。
図２に示すように、本第１実施形態では、温度センサ１の先端側において、その先端側を覆うように、オープンタイプのキャップ形状のプロテクタ５が取り付けられている。

つまり、プロテクタ５は、円筒状の外周部５ａと、外周部５ａの先端側の開口部分を覆うように形成された円盤状の先端部５ｂとから構成されている。従って、このプロテクタ５の外周部５ａが、チューブ４の先端側に外嵌されることによって、温度センサ１の先端側がプロテクタ５で覆われる。なお、プロテクタ５は、外周部５ａの後端側にて、溶接よってチューブ４に接合されている。

そして、プロテクタ５の内部のうち、シース部材３の先端ガラス部６５の先端面７１（図２（ｂ）参照）より先端側に略円柱状の空間７３があり、この空間７３内に、感温素子１３及び一対のシース芯線１５が配置されている。

特に、プロテクタ５の外周部５ａ及び先端部５ｂには、プロテクタ５の内部（空間７３）と外部とを連通するように、複数の連通孔２１が形成されている。
詳しくは、プロテクタ５の外周部５ａには、軸方向に沿って複数の連通孔２１が形成されるとともに、径方向にも複数の連通孔２１が形成されている。また、プロテクタ５の先端部５ｂには、軸中心と同軸に円形の連通孔２１が形成されている（但し、先端側の連通孔２１の直径は、外周部５ａの内径よりも小さい）。これによって、感温素子１３等が外部の雰囲気（排ガス）に直接に接する（即ち露出する）構成となっている。

なお、上述した構成のプロテクタ５を製造する場合は、例えば、鋼板の深絞り加工によりチューブ先端側が閉塞して軸線方向に延びる筒状（円筒形状）とし（チューブ後端側は開放した形態である）、その後、ドリル加工等によって、プロテクタ５に連通孔２１を形成してもよい。

特に本第１実施形態では、プロテクタ５の内周面７５（特に空間７３に面する内周面：図２（ｂ）参照）の表面粗さＲａは、１１〜１６μｍの範囲内の例えば１３μｍである。また、先端ガラス部６５の先端面７１の表面粗さＲａは、４〜８μｍの範囲内の例えば６μｍである。つまり、先端ガラス部６５の先端面７１の表面粗さＲａは、プロテクタ５の内周面７５の表面粗さＲａよりも小さく設定されている。

ここで、プロテクタ５の内周面７５の表面粗さＲａを上述した範囲や値に設定する方法としては、例えばサンドブラストや薬剤等によって粗化して設定する方法が挙げられる。例えば、サンドブラストに用いる砂の種類や粒径等を調節することによって、上述した範囲や値に設定することができる。

一方、先端ガラス部６５の先端面７１の表面粗さＲａを上述した範囲や値に設定する方法としては、先端ガラス部６５を形成する材料の種類や粒径や焼成温度を調整する方法が挙げられる。例えば材料の粒径を大きくし焼成温度を短くすることによって、表面粗さＲａを大きくすることができる。また、形成された先端ガラス部６５の先端面７１を、例えば上述したサンドブラストや薬剤等によって粗化する方法も採用できる。

なお、プロテクタ５の内周面７５及び先端ガラス部６５の先端面７１の表面粗さＲａの両方を、上述した方法で前記表面粗さＲａの大小関係を満たす所定の範囲に設定してもよいが、どちらか一方の表面粗さＲａのみを調整してもよい。例えばプロテクタ５を（表面の加工を行うことなく）深絞りにて形成し、先端ガラス部６５側の表面粗さＲａのみを前記大小関係を満たすように調整してもよい。

［１−４．効果］
以上説明したように、本第１実施形態の温度センサ１は、その先端側を覆うように金属製のプロテクタ５が取り付けられている。このプロテクタ５は、感温素子１３と（感温素子１３と先端ガラス部６５との間の）シース芯線１５と先端ガラス部６５の先端面７１とを覆うと共に、その覆った部分の空間７３と外部と連通する連通孔７４を有している。

さらに、この温度センサ（即ち外気が空間７３内に導入されるいわゆる先端側が開放されたオープンタイプの温度センサ）１では、先端ガラス部６５の先端面７１の表面粗さＲａは、プロテクタ５の内周面７５の表面粗さＲａよりも小さい。

従って、温度の測定対象である排ガス中に多くのすすが含まれている場合でも、すすは、表面粗さＲａの大きなプロテクタ５の内周面７５に捕集され易く、表面粗さＲａの小さな先端ガラス部６５の先端面７１には付着し難い（従って堆積に難い）。

また、温度センサ１が高温の環境（例えば８５０℃以上）で使用された場合でも、プロテクタ５の内周面７５等から蒸発した金属成分（詳しくは酸化物となった導電性を有する金属酸化物）は、表面粗さＲａの大きなプロテクタ５の内周面７５に捕集され易く、表面粗さＲａの小さな先端ガラス部６５の先端面７１には付着し難い（従って堆積に難い）。

そのため、シース芯線１５と他のシース芯線１５やキャップ５との間の絶縁性が高いので、シース芯線１５がショートし難い。よって、測定精度が低下し難いので、耐久性が向上するという効果がある。

また、本第１実施形態では、先端ガラス部６５の電気絶縁性（絶縁抵抗値）は、絶縁体６９の電気絶縁性（絶縁抵抗値）より高い。これにより、先端ガラス部６５の先端面７１の電気絶縁性が向上するので、先端面７１におけるショートがより発生し難くなる。

［１−５．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本第１実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。

シース部材３がシース部材の一例に相当し、プロテクタ５がプロテクタの一例に相当し、感温素子１３が感温素子の一例に相当し、シース芯線１５が電極線の一例に相当し、絶縁部材１７が絶縁部材の一例に相当し、外皮部材１９が外皮部材の一例に相当し、ガラス部６５がガラス部の一例に相当し、連通孔２１が連通孔の一例に相当し、先端面７１が先端面の一例に相当し、空間７３が空間の一例に相当する。

［２．第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。なお、第１実施形態と同様な構成の番号は、第２実施形態でも同様に使用する。

図４に示すように、本第２実施形態の温度センサ８１は、第１実施形態と同様に、温度センサ８１の先端側を覆うように、複数の連通孔２１を有するプロテクタ５が、チューブ４の先端側（図４の左側）に外嵌されている。

特に本第２実施形態では、シース部材８３の絶縁部材８５は、第１実施形態のような先端ガラス部を備えておらず、絶縁部材８５の全体が第１実施形態と同様な材料の絶縁体８６から構成されている。

つまり、外皮部材８７はチューブ４の先端側まで延びており、この外皮部材８７の先端側まで絶縁体８６が配置されて、絶縁体８６自体が先端面８９に露出している。なお、この絶縁体８６には、一対のシース芯線１５が貫挿されている。

本第２実施形態では、第１実施形態と同様に、プロテクタ５の内周面７５の表面粗さＲａは、１１〜１６μｍの範囲内の例えば１３μｍである。また、絶縁体８６の先端面８９の表面粗さＲａは、４〜１５μｍの範囲内の例えば８μｍである。つまり、絶縁体８６の先端面８９の表面粗さＲａは、プロテクタ５の内周面７５の表面粗さＲａよりも小さく設定されている。

このような構成によって、本第２実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、シース芯線１５のショートを抑制できるという効果を奏する。
［３．第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。なお、第１実施形態と同様な構成の番号は、第３実施形態でも同様に使用する。

本第３実施形態では、プロテクタの構成が第１実施形態と異なっている。
図５に示すように、本第３実施形態の温度センサ９１は、第１実施形態と同様に、温度センサ９１の先端側（図５（ａ）の左側）に、感温素子１３、シース部材３、チューブ４を備えている。また、シース部材３は、シース芯線１５、（先端ガラス部６５及び絶縁体６９を有する）絶縁部材１７、外皮部材１９を備えている。

特に本第３実施形態では、温度センサ９１の先端側に取り付けられたプロテクタ９３は、円筒状の外周部９３ａを備えているが、第１実施形態のような先端部を備えておらず、先端側が開放されている。

つまり、プロテクタ９３は全体が円筒形状であり、その軸線方向の両端（図５（ａ）の左右方向の両端）は、外周部９３ａと同じ内径にて開口する円形の開口部９５ａ、９５ｂとなっている。

従って、プロテクタ９３は、その後端側の開口部９５ｂにてチューブ４に外嵌するとともに、先端側の開口部９５ａにて開放されているので、感温素子１３や先端ガラス部６５の先端面７１が、外部に露出する構成となっている。なお、プロテクタ９３の外周部９３ａには、第１実施形態と同様に、複数の連通孔９６が形成されている。

また、第１実施形態と同様に、先端ガラス部５６の先端面７１の表面粗さＲａは、プロテクタ９３の内周面９７の表面粗さＲａよりも小さく設定されている。
本第３実施形態では、第１実施形態と同様な効果を奏するとともに、プロテクタ９３の先端側には、第１実施形態の先端側の連通孔２１より開口面積の大きな開口部９５ａが形成されているので、排ガスが感温素子１３に到達し易く、よって、応答性が高いという利点がある。

なお、ここでは、絶縁体６９の先端側は、その全体が外皮部材１９の先端側と軸線方向において同じ位置まで形成されており、先端ガラス部６５は、絶縁体６９及び外皮部材１９の先端側の端面を覆うように形成されている（以下、先端側及び後端側にガラス部６５、６７を設ける場合には、他の実施形態等においても同様な構成とすることができる）。

［４．第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。なお、第１実施形態と同様な構成の番号は、第４実施形態でも同様に使用する。

図６に示すように、本第４実施形態の温度センサ１０１は、第１実施形態とは異なり、チューブ１０３の先端側（図６（ａ）の左側）がプロテクタ１０５として使用されている。

具体的には、チューブ１０３は、先端ガラス部６５の先端面７１より先端側に延びて、感温素子１３の径方向の外周側を囲むとともに、さらに、感温素子１３の先端より先端側に延びている。従って、チューブ１０３のうち、先端ガラス部６５の先端面７１より先端側の部分がプロテクタ１０５である。

このプロテクタ１０５は、チューブ１０３と同様に全体が円筒形状であるので、その先端側には、プロテクタ１０５の内径と同じ直径の円形の開口である連通孔１０７を有している。

本第４実施形態でも、第１実施形態と同様に、プロテクタ１０５の内周面１０９の表面粗さＲａは、先端ガラス部６５の先端面７１の表面粗さＲａよりも大きく設定されている。

従って、本第４実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏するとともに、プロテクタ１０５を別途取り付ける必要がないので、構造を簡易化できるという利点がある。

なお、第１〜第３実施形態と同様に、外周部に同様な連通孔を設けて、通気性を向上させてもよい。
また、図７に示すように、第４実施形態の変形例の温度センサ１１１として、感温素子１３の先端側の一部を、プロテクタ１０５の先端（即ち連通孔１０７）より突出するように配置してもよい。これによって、応答性が一層向上する。

［５．他の実施形態］
次に、他の実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。なお、他の実施形態と同様な構成の番号は、他の実施形態でも同様に使用する。

図８（ａ）に模式的に示すように、第５実施形態の温度センサ１２１は、先端ガラス部１２３の先端面１２５は、先端側（図８（ａ）の左側）に凸となるように、緩やかに湾曲している。

本第５実施形態では、先端面が平坦な場合に比べて沿面距離が長いので、シース芯線１５のショートが生じ難いという利点がある。
図８（ｂ）に模式的に示すように、第６実施形態の温度センサ１３１は、先端ガラス部１３３の先端面１３５には、先端面１３５の表面粗さＲａより粗い凹凸であるうねりがある。

例えば先端面１３５の表面粗さＲａは６μｍである（カットオフ値λｃ：０．２５ｍｍ）。一方、先端面１３５の算術平均うねりＷａは３５μｍである（カットオフ値λｃ：０．２５ｍｍ）。なお、表面粗さＲａ及び算出平均うねりＷａの値は、複数箇所（例えば８箇所等）の測定値の平均値である（以下同様）。

この第６実施形態では、先端面が平坦な場合に比べて沿面距離が長いので、シース芯線１５のショートが生じ難いという利点がある。
図８（ｃ）に模式的に示すように、第７実施形態の温度センサ１４１は、先端ガラス部１４３の先端面１４５には、先端面１４５の表面粗さＲａより粗い凹凸であるうねりがある。例えば、第６実施形態より算術平均うねりＷａが小さなうねりがある。

例えば先端面１４５の表面粗さＲａは６μｍである（カットオフ値λｃ：０．３ｍｍ）。一方、先端面１４５の算術平均うねりＷａは１０３μｍである（カットオフ値λｃ：０．２５ｍｍ）。

この第７実施形態では、先端面が平坦な場合に比べて沿面距離が長いので、シース芯線１５のショートが生じ難いという利点がある。
［５．実験例］
次に、本発明に関わる実験例について説明する。

＜実験例１＞
本実験例１は、絶縁部材の先端側の端面（シース端面）への金属酸化物の堆積の影響（抵抗値の変化）を調べたものである。

具体的には、試料として、第２実施形態と同様な（先端ガラス部の無い）構成の試料１の温度センサ（耐久初期の温度センサ）と、試料１の温度センサを９００℃で２００時間使用した試料２の温度センサ（耐熱後の温度センサ）と、試料２の温度センサのシース端面（絶縁体の先端面）の金属酸化物を除去した試料３の温度センサを作製した。

そして、試料１〜３の温度センサを０℃〜９００℃の環境に配置し、そのときのシース芯線間の抵抗値（Ω）を調べた。その結果を、図９に示す。
図９から明らかなように、試料３のシース端面の金属酸化物を除去した温度センサは、試料１の耐久初期の温度センサと同様な性能を有しており、試料２の温度センサに比べて耐久性が高いという効果がある。

＜実験例２＞
本実験例２は、第１実施形態の温度センサのプロテクタの内周面の表面粗さＲａと先端ガラス部の先端面の表面粗さＲａとを調べたものである。

具体的には、プロテクタの材料として、ＳＵＳ３１０Ｓの板材を用い、上述した深絞り等によってプロテクタを作製した。そして、その内周面の表面粗さＲａを、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２０１３）の規定に従って、２箇所測定した。なお、基準長さ及びカットオフ値λｃを０．２５ｍｍとした。

一方、先端ガラス部の材料として、平均粒径５μｍのアルミノケイ酸塩ガラスを用い、１１００℃で２時間保持の条件にて焼成した。そして、その先端面の表面粗さＲａを、前記プロテクタと同様な方法で、５箇所測定した。

その結果、プロテクタの内周面の表面粗さＲａは、１１．７６μｍ、１５．０７μｍであり、その平均値は１３．４２μｍであった。一方、先端ガラス部の先端面の表面粗さＲａは、６．５９μｍ、７．９７μｍ、６．０３μｍ、４．８７μｍ、７．７５μｍであり、その平均値は６．６４μｍであった。

この実験結果から、第１実施形態の温度センサにおいては、プロテクタの内周面の表面粗さＲａ（平均値が１３．４２μｍ）は、先端ガラス部の先端面の表面粗さＲａ（平均値６．６４μｍ）より大であることが分かる。

＜実験例３＞
本実験例３は、第２実施形態の（先端ガラス部の無い）温度センサのプロテクタの内周面の表面粗さＲａと絶縁部材である絶縁体の先端面の表面粗さＲａとを調べたものである。

具体的には、絶縁体の材料として、平均粒径１μｍのマグネシア（ＭｇＯ）を用いた。そして、その先端面の表面粗さＲａを、前記先端ガラス部と同様な方法で、８箇所測定した。なお、プロテクタは、実験例１と同様とした。

その結果、絶縁体の先端面の表面粗さＲａは、１３．２２６μｍ、５．７９μｍ、７．７７μｍ、１４．６４μｍ、４．８６μｍ、６．５１μｍ、８．９７μｍ、５．４１μｍであり、その平均値は８．３９μｍであった。なお、プロテクタの内周面の表面粗さＲａの平均値としては、上述の１３．４２μｍである。

この実験結果から、第２実施形態の温度センサにおいては、プロテクタの内周面の表面粗さＲａ（平均値が１３．４２μｍ）は、絶縁体の先端面の表面粗さＲａ（平均値８．３９μｍ）より大であることが分かる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

（１）例えば、上記各実施形態では、感温素子（詳細には、電極パッド）がシース部材のシース芯線と直接に接続される構成について説明したが、感温素子（詳細には、電極パッド）が他部材を介してシース芯線と接続される構成であっても良い。

具体的には、図１０（ａ）に示すように、白金または白金合金で形成された引出リード線１５１を介して、感温素子１３の電極パッド（図示せず）がシース部材１５３のシース芯線１５５と接続される構成であっても良い。つまり、引出リード線１５１とシース芯線１５５とによって電極線を構成してもよい。なお、第１実施形態等と同一な構成については、同一符号を付して表した（以下同様）。

（２）また、上記各実施形態では、感温素子が白金抵抗体を備えた構成について説明したが、他の種類の感温素子を用いてもよい。具体的には、導電性酸化物焼結体を備えるサーミスタ素子を感温素子として採用することができる。

具体的には、図１０（ｂ）に示すように、感温素子１６１として、サーミスタ素子を使用する。この感温素子１６１は、温度によって電気的特性（電気抵抗値）が変化する導電性酸化物焼結体を主体に形成された素子本体部１６３と、素子本体部１６３の上面および下面に形成された２つの電極部１６５と、を備えて構成されている。

そして、２つの電極部１６５は、それぞれ導電性ペーストによってシース部材３のシース芯線１５と接合されている。また、電極部１６５を含むようにして感温素子１６１の全体、および、シース芯線１５の一部を覆うように、ガラスを主体とする被覆部材１６７が形成されている。

このようにしてシース部材３のシース芯線１５と接続された感温素子１６１は、第１実施形態と同様に、プロテクタ５の内部に収容されて、温度センサが構成される。
（３）さらに、上記各実施形態では、先端ガラス部が外皮部材の外部に配置される構成のシース部材について説明したが、シース部材は、先端ガラス部が外皮部材の内部に配置される構成であってもよい。

例えば、図１１（ａ）に示すように、外皮部材１９の内部の先端側に、先端ガラス部１７１を配置してもよい。
また、図１１（ｂ）に示すように、外皮部材１９の内部の先端側に、先端ガラス部１８１の一部（後部１８１ａ）を配置するとともに、（第３実施形態と同様に）外皮部材１９の先端面１９ａと開口部１９ｂを閉塞するように先端ガラス部１８１の一部（先端部１８１ｂ）を配置してもよい。

（４）また、上記各実施形態では、ガラス部（先端ガラス部等）の材料として、アルミノケイ酸塩ガラスを主体とするガラス材料を挙げたが、他のガラス材料でもよい。
例えば、ケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、リンケイ酸塩ガラスなどで形成しても良い。

ケイ酸塩ガラスとしては、ＳｉＯ_２を含み、その他元素として、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，ＢａＯ，ＳｒＯ）を含むガラス材料を用いることができる。ホウ酸塩ガラスとしては、Ｂ_２Ｏ_３を含み、その他元素として、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，ＢａＯ，ＳｒＯ）を含むガラス材料を用いることができる。ホウケイ酸塩ガラスとしては、Ｂ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２を含み、その他元素として、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，ＢａＯ，ＳｒＯ）を含むガラス材料を用いることができる。リンケイ酸塩ガラスとしては、Ｐ_２Ｏ_５，ＳｉＯ_２を含み、その他元素として、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，ＢａＯ，ＳｒＯ）を含むガラス材料を用いることができる。

また、アルミノケイ酸塩ガラスとしては、ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３を含み、その他の元素として、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ，ＣａＯ，ＢａＯ，ＳｒＯ）を含むガラス材料を用いることができる。

なお、これらのガラス材料としては、絶縁性を悪化させるアルカリ金属元素が実質的に含まれていない（例えば、０．２ｗｔ％以下である）材料を用いることで、絶縁性の悪化を抑制できる。

さらに、ガラスを主体に構成される材料に、セラミック材料を含有させてもよく、含有させるセラミック材料はアルミナに限定されない。例えば、スピネル、コージェライト、ムライト、ステアタイト、ジルコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどが挙げられる。

（５）さらに、上記各実施形態では、シース部材の絶縁体がマグネシアで形成された構成について説明したが、絶縁体は、マグネシアに限らず、シリカなどの絶縁材料で構成しても良い。

（６）温度センサの構成としては、上記各実施形態のように、感温素子から延びる一対の電極線がチューブ状の外皮部材の内部（貫通孔）を貫くように配置された構成、即ち、ガラス部や絶縁体の絶縁部材を貫くように配置された構成以外に、１本の電極線が外皮部材（従って絶縁部材）を貫通するように配置される構成を採用できる。

例えば、感温素子（例えば金属抵抗体）において電気的変化を取り出す一対の端子がある場合に、一方の端子に１本の電極線を接続し、他方の端子は金属製のキャップや外皮部材に電気的に接続する構成としてもよい。

これによっても、温度変化による感温素子の電気的特性（例えば抵抗値）の変化を検出することができる。

１、８１、９１、１０１、１１１、１２１、１３１、１４１…温度センサ
３、８３、１５３…シース部材
４…チューブ
５、９３、１０５、１１５…プロテクタ
１３、１６１…感温素子
１５、１５５…シース芯線（電極線）
１７、８５…絶縁部材
１９、８７…外皮部材
６５、６７、１２３、１３３、１４３、１７１、１８１…ガラス部
６９、８６…絶縁体
７１、８９、１２５、１３５、１４５…先端面
７３…空間
７４、９６、１０７…連通孔
７５、９７、１０９…内周面

Claims (5)

1. 長手方向の先端側に配置されて、温度に応じて電気的特性が変化する感温素子と、
   前記長手方向に延びると共に、前記感温素子と電気的に接続される少なくとも１本の電極線と、前記電極線の径方向の周囲を覆う電気絶縁性を有する絶縁部材と、前記長手方向の少なくとも一部において前記絶縁部材の径方向の周囲を覆うと共に、前記長手方向の先端側が開口した金属製の外皮部材と、を有するシース部材と、
   前記感温素子と、前記感温素子と前記絶縁部材との間の前記電極線と、前記絶縁部材の先端面と、を覆うと共に、当該覆った部分の空間と外部と連通する連通孔を有する金属製のプロテクタと、
   を備える温度センサであって、
   前記絶縁部材の先端面の表面粗さＲａは、前記プロテクタの内周面の表面粗さＲａよりも小さいことを特徴とする温度センサ。
2. 前記絶縁部材の先端面を含む先端部分は、ガラスを主体にしたガラス部であることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記絶縁部材を構成する部材として、前記ガラス部の後端側に絶縁体を有すると共に、前記ガラス部の電気絶縁性が前記絶縁体の電気絶縁性より高いことを特徴とする請求項２に記載の温度センサ。
4. 前記絶縁部材の先端面は、前記先端側に凸となっていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の温度センサ。
5. 前記絶縁部材の先端面は、該先端面自身の表面粗さＲａより粗さの程度が大きなうねりを有していることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の温度センサ。